Транскрипция формирует 3D‑организацию хроматина во взаимодействии с экструзией петель

Кохезин сворачивает хромосомы млекопитающих в интерфазе, выдавливая хроматиновое волокно в многочисленные петли. «Экструзия петель» может задерживаться факторами, связанными с хроматином, такими как CTCF, что порождает характерные и функциональные паттерны организации хроматина. Предполагается, что транскрипция релокализует или вмешивается в работу кохезина, а активные промоторы служат сайтами загрузки кохезина. Однако эффекты транскрипции на кохезин не согласованы с наблюдениями активной экструзии, осуществляемой кохезином. Чтобы выяснить, как транскрипция модулирует экструзию, мы изучали клетки мыши, в которых можно было изменять количество, динамику и локализацию кохезина посредством генетических нокаутов регуляторов кохезина CTCF и Wapl. С помощью Hi‑C экспериментов мы обнаружили сложные, зависящие от кохезина контактные паттерны вблизи активных генов. Организация хроматина вокруг активных генов демонстрировала признаки взаимодействий между транскрибирующими РНК‑полимеразами (RNAP) и выдавливающими кохезинами. Эти наблюдения могли быть воспроизведены полимерными моделями, в которых RNAP выступали подвижными барьерами для экструзии, препятствующими, замедляющими и сдвигающими кохезин. Моделирование предсказало, что предпочтительная загрузка кохезина на промоторах несовместима с нашими экспериментальными данными. Дополнительные ChIP‑seq эксперименты показали, что предполагаемый загрузчик кохезина Nipbl не преимущественно обогащён на промоторах. Следовательно, мы предлагаем, что кохезин не загружается предпочтительно на промоторах, и что барьерная функция RNAP объясняет накопление кохезина на активных промоторах. В целом, мы показали, что RNAP является барьером для экструзии, который не статичен, а транспонируется и релокализует кохезин. Экструзия петель и транскрипция могут взаимодействовать, динамически формируя и поддерживая взаимодействия генов с регуляторными элементами и формируя функциональную организацию генома.